O&V – GENETICA KOEN DEVRIENDT
H1: Inleiding ........................................................................................................................................... 5
1. Chromosomale afwijkingen vs genafwijkingen .................................................................................... 5
2. Indeling volgens overervingspatroon ................................................................................................... 5
3. Constitutioneel vs verworven ............................................................................................................... 5
H2: Het humane genoom: Structuur en variatie....................................................................................... 7
1. Samenstelling van het humane genoom .............................................................................................. 7
Genen (25% van het genoom) ..................................................................................................................... 7
Intergenisch DNA (75% van het genoom) ................................................................................................... 8
2. Van DNA tot Kenmerk ........................................................................................................................... 8
3. Variatie in het humaan genoom ......................................................................................................... 10
3.1 Lokalisatie van varianten in het genoom ........................................................................................ 10
3.2 Frequentie in de populatie .............................................................................................................. 10
3.3 Soorten genetische variatie ............................................................................................................. 11
3.4 Functionele gevolgen ...................................................................................................................... 13
3.5 “Klinisch” gevolg .................................................................................................................................. 14
H3: Genetisch mozaïcisme .................................................................................................................... 15
1. Placentair mozaïcisme (Confined Placental Mosaicism, CPM) ........................................................... 15
2. Gonadaal mozaïcisme (kiemcellijnmozaïcisme) ................................................................................. 15
3. Somatisch mozaïcisme ........................................................................................................................ 16
H4: Ontstaan van genetische variatie .................................................................................................... 17
1. Chromosomaal niveau ........................................................................................................................ 17
2. Afwijkingen op gen-niveau ................................................................................................................. 18
2.1 Mutatie-hotspots ............................................................................................................................ 18
2.2 Paternele herkomst van puntmutaties ............................................................................................ 18
3. Exogene invloeden en het ontstaan van mutaties .............................................................................. 19
3.1 Germinale (constitutionele) mutaties ............................................................................................. 19
3.2 Somatische mutaties ....................................................................................................................... 19
H5: Cytogenetica .................................................................................................................................. 21
1. Classificatie van chromosomale afwijkingen ...................................................................................... 21
2. Cytogenetische technieken ................................................................................................................. 21
2.1 Klassieke karyotypering ................................................................................................................... 21
2.2 FISH – Fluorescentie In Situ Hybridisatie......................................................................................... 22
2.3 Chromosomaal microarray-onderzoek............................................................................................ 23
3. Chromosomale afwijkingen en miskramen ........................................................................................ 23
4. Trisomie 21 – Syndroom van Down .................................................................................................... 25
4.1 Klassieke vrije - Trisomie 21 ............................................................................................................ 25
4.2 Somatisch mozaïcism – Trisomie 21 ................................................................................................ 26
1
, 4.3 Robertsoniaanse translocatie – Trisomie 21 ................................................................................... 27
5. Chromosomale translocaties .............................................................................................................. 28
5.1 Types................................................................................................................................................ 28
5.2 Reciproke translocaties ................................................................................................................... 28
5.3 Niet-reciproke translocatie .............................................................................................................. 29
H6: Mendeliaanse erfelijkheid: Autosomaal dominant en recessief ....................................................... 31
1. Autosomaal dominante overerving .................................................................................................... 31
2. Autosomaal recessieve overerving ..................................................................................................... 32
2.1 Risicoberekening: ............................................................................................................................ 33
2.2 Consanguiniteit (bloedverwantschap) ............................................................................................ 33
2.3 Bijzondere situaties bij autosomaal recessieve aandoeningen....................................................... 34
3. Waarom hebben sommige mutaties een dominant en andere een recessief effect? ........................ 35
3.1 ‘Verlies aan functie’ (Loss-of-function, LOF) varianten ................................................................... 35
3.2 Dominant-negatieve pathogene varianten ..................................................................................... 36
3.3 Gain-of-function (GOF) varianten.................................................................................................... 36
4. Genetische heterogeniteit................................................................................................................... 37
4.1 Allelische heterogeniteit ................................................................................................................. 37
4.2 Locus (niet-allelische) heterogeniteit .............................................................................................. 38
H7: Mendeliaanse overerving: X- en Y-gebonden erfelijkheid ................................................................ 39
1. Vrouwen als “sterker geslacht”........................................................................................................... 39
2. Overervingspatroon van X-gebonden aandoeningen ......................................................................... 40
3. X-inactivatie (Lyonisatie) ..................................................................................................................... 41
4. Fenotypische uitingen bij draagsters van X-gebonden aandoeningen ............................................... 42
4.1 Random X-inactivatie ...................................................................................................................... 43
4.2 Scheve X-inactivatie (“Skewing”) ..................................................................................................... 43
5. Fenotypische manifestaties van X- en Y-chromosomale aneuploidieën ............................................. 44
5.1 Turner syndroom (45,X)................................................................................................................... 44
5.2 Trisomie van geslachtschromosomen: milder fenotype ................................................................. 45
6. Y-gebonden aandoeningen ................................................................................................................. 46
H8: Genetische diagnostiek en monogene aandoeningen ...................................................................... 47
1. Inleiding .............................................................................................................................................. 47
2. Technische aspecten: Variant identificatie .......................................................................................... 48
3. Genetische heterogeniteit................................................................................................................... 49
4. Variant Classificatie: benigne of pathogeen ....................................................................................... 50
4.1 In silico: ............................................................................................................................................ 51
4.2 In vivo .............................................................................................................................................. 53
4.3 In vitro ............................................................................................................................................. 54
5. types genetische diagnostiek .............................................................................................................. 55
5.1 klassieke diagnose ........................................................................................................................... 55
5.2 Predictief genetisch onderzoek ....................................................................................................... 55
5.3 Carriertesting ................................................................................................................................... 55
5.4 Incidentele bevindingen – secundaire varianten ............................................................................ 56
2
, 6. Koppelingonderzoek ........................................................................................................................... 56
6.1 Genetische koppeling & indirecte DNA-diagnostiek ....................................................................... 57
H9: Multifactoriële erfelijkheid ............................................................................................................. 61
1. Inleiding .............................................................................................................................................. 61
2. Continue variabiliteit – Kwantitatieve kenmerken .............................................................................. 61
3. Discontinue variabelen – Kwalitatieve kenmerken ............................................................................. 62
3.1 Beschrijving: Drempelmodel ........................................................................................................... 62
3.2 Erfelijkheidsrisico’s: Hoe hoog is de kans bij familieleden? ............................................................ 63
4. Nature & Nurture: Genen of omgeving? ............................................................................................ 64
4.1 Adoptiestudies ................................................................................................................................ 64
4.2 Tweelingstudies ............................................................................................................................... 65
4.3 Heritabiliteit: genen en omgeving ................................................................................................... 66
5. Omgevingsfactoren & lifestyle bij multifactoriële aandoeningen ...................................................... 66
6. Genetische associatie bij multifactoriële aandoeningen .................................................................... 67
6.1 Kandidaat-gen studie: MTHFR-gen en NBD..................................................................................... 67
6.2 Genoom-wijde associatiestudies (GWAS) ....................................................................................... 68
7. Associatie ≠ Causaliteit ....................................................................................................................... 68
H10: Klinische utiliteit van genetische testen voor multifactoriële aandoeninge .................................... 71
1. Beperkingen van het multifactoriële model in genetische diagnostiek .............................................. 71
2. Variant frequentie / effect grootte model .......................................................................................... 72
3. Vergelijking: Monogeen vs. Multifactorieel ........................................................................................ 72
3.1 Polygene risicoscores (PRS) ............................................................................................................. 73
H11: Evolutionaire geneeskunde ........................................................................................................... 75
1. "Genes mirror geography" .................................................................................................................. 75
2. Niet-adaptieve evolutie ....................................................................................................................... 75
3. Adaptieve evolutie .............................................................................................................................. 76
4. Seksuele selectie ................................................................................................................................. 78
5. Mismatch tussen evolutie en moderne tijd......................................................................................... 78
6. Evolutionaire geneeskunde & genomics medicine ............................................................................. 79
H11: Kanker is een genetische aandoening ............................................................................................ 81
1. Proto-oncogenen ................................................................................................................................ 81
2. Tumor-suppressor genen .................................................................................................................... 83
3. DNA-repair genen ............................................................................................................................... 84
H13: Onstabiele tandem repeats ........................................................................................................... 87
1. Pathogenese van repeat-aandoeningen............................................................................................. 88
2. Verschil in instabiliteit tussen moederlijke en vaderlijke overerving .................................................. 88
3. Hoe ontstaat de overgang van een normaal allel naar een onstabiel allel? ...................................... 89
3
,H14: Genomische imprinting & epigenetica ........................................................................................... 91
1. Genomische imprinting ....................................................................................................................... 91
1.1 Experimentele evidentie ................................................................................................................. 91
1.2 Mechanisme van imprinting............................................................................................................ 92
1.3 Prader-Willi syndroom (PWS) .......................................................................................................... 93
2. Epigenetica ......................................................................................................................................... 94
2.1 Overerving van verworven kenmerken ........................................................................................... 94
2.2 Intergenerationele effecten: de hongerwinter (Nederland, 1944–1945) ....................................... 95
2.3 Transgenerationele effecten ............................................................................................................ 95
H15: Mitochondriële ergelijkheid .......................................................................................................... 97
H16: Prenatale diagnose ....................................................................................................................... 99
1. Echografie ........................................................................................................................................... 99
2. Preimplantatie genetische testing (PGT) ............................................................................................ 99
3. Niet-invasieve prenatale testing (NIPT) ............................................................................................ 100
3.1 Technische aspecten van NIPT bij aneuploidie-screening............................................................. 100
3.2 Betrouwbaarheid van NIPT ........................................................................................................... 101
3. Chorionbiopsie/ vlokkentest (CVS) .................................................................................................... 102
4. Vruchtwaterpunctie (amniocentese) ................................................................................................ 102
5. Foetale bloedanalyse ........................................................................................................................ 103
6. Keuze van onderzoekstype ................................................................................................................ 103
H17: Teratogeen ................................................................................................................................. 105
1. Tijdstip van blootstelling ................................................................................................................... 105
2. Dosis .................................................................................................................................................. 106
3. Individuele verschillen in vatbaarheid voor teratogenen ................................................................. 107
4. Teratogene werkingsmechanismen .................................................................................................. 108
Praktische voorbeelden van genetisch onderzoek bij frequente aandoeningen .................................... 111
1. Chromosomenonderzoek bij aangeboren afwijkingen of verstandelijke beperking .................... 111
2. Verloskunde en gynaecologie........................................................................................................ 111
Frequente genetische aandoeningen ................................................................................................... 112
4
,H1: INLEIDING
1. CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN VS GENAFWIJKINGEN
• Vroeger:
o Chromosomenonderzoek = cytogenetisch onderzoek
o DNA-onderzoek = moleculair onderzoek
• Nu:
o Beide technieken kunnen zowel chromosomale als genafwijkingen detecteren
• Belangrijk onderscheid blijft:
o Chromosomale afwijkingen kunnen bijzondere overerving hebben (bv. translocaties) of
specifieke syndromen veroorzaken (bv. trisomieën)
2. INDELING VOLGENS OVERERVINGSPATROON
Mendeliaans (monogeen):
• Door één gen veroorzaakt
• Volgt Mendeliaanse wetten:
o Autosomaal dominant
o Autosomaal recessief
o X-gebonden (meestal recessief, soms dominant)
Polygene en multifactoriële overerving:
• Oligogeen = enkele genen, polygeen = meerdere genen
• Elk gen afzonderlijk → Mendeliaanse wetten
• Fenotype complexer: beïnvloed door omgeving en levensstijl
Niet-Mendeliaans / niet-traditioneel:
• Niet verklaarbaar via klassieke wetten
Voorbeelden:
o Mozaïcisme (zeldzaam, behalve bij kanker) (H3)
o Genomische imprinting, epigenetica (H14)
o Uniparentale disomie (zeer zeldzaam)
o Mitochondriële overerving (H15)
o Instabiele trinucleotide repeats (H13)
3. CONSTITUTIONEEL VS VERWORVEN
• Constitutioneel (germline):
o Aanwezig vanaf de bevruchting → in alle lichaamscellen
• Verworven (somatisch):
o Ontstaat na bevruchting (postzygotisch)
o Komt slechts in een deel van de cellen voor (mozaïcisme)
o Vaakste oorzaak: kanker
Genetische raadpleging – aandachtspunten
• Stamboom van de familie
• Miskramen in familie
• Consanguiniteit (bloedverwantschap) tussen ouders
• Manier van zwangerschap (natuurlijk of via vruchtbaarheidsbehandeling)
• Geografische afstamming
• Aanduiding van familieleden met medische problemen
• Reden van verwijzing en specifieke vraagstelling
5
,Klinische genetica = medische specialiteit
• Cel biologie
o DNA: structuur en functie
o Synthese, transcriptie, translatie, mitose, meiose
• Humane genetica
o Samenstelling humaan genoom
o Genetische variatie
o Populatie genetica
o Overerving kenmerken
• Medische genetica
o Genetische aandoeningen
▪ Oorzaken
▪ Overerving
▪ Genetische diagnostiek
• Klinisch
• Laboratorium
▪ Genetische raadpleging
6
,H2: HET HUMANE GENOOM: STRUCTUUR EN VARIATIE
1. SAMENSTELLING VAN HET HUMANE GENOOM
Het humaan genoom omvat al het DNA in bijna alle lichaamscellen. Elke cel bevat:
• Kern-DNA (lineair)
• Mitochondriaal DNA (klein, circulair)
Het haploïde genoom bestaat uit gemiddeld 3,05 miljard basenparen → In diploïde cellen: ongeveer 6
miljard basenparen
Er zit ongeveer 6 μg DNA per cel, wat neerkomt op ongeveer 180 g DNA per persoon.
Chromosomale organisatie
• Het menselijk genoom is verdeeld over 24 chromosomen:
o 22 autosomen
o 2 geslachtschromosomen (X en Y)
• Mitochondriaal DNA bevindt zich buiten de kern en is circulair. Het wordt uitsluitend via de moeder
overgeërfd.
Het genoom wordt grofweg opgedeeld in:
• 25% genen
o Coderende genen
o Niet-coderende genen
o Exoom = 1%
• 75% intergenisch DNA
GENEN (25% VAN HET GENOOM)
Coderende genen
• Ongeveer 200.00 genen coderen voor eiwitten
• Deze genen leveren samen 86.245 transcripten, gemiddeld 4 per gen.
o 1 gen meerdere eiwitten door:
▪ Alternatieve splicing
▪ Alternatieve promotor
▪ Post-translationele translaties
• Een eiwitcoderend gen bevat:
o Exons: coderende stukken (~1% van het genoom; vormt het exoom)
o Introns
o UTR's (niet-vertaalde regio’s)
o Regulerende sequenties, zoals enhancers
→ Deze kunnen op grote afstand van het gen liggen (soms >1 miljoen basenparen)
Een gen als functionele eenheid komt dus niet noodzakelijk overeen met een duidelijk afgebakende
structurele eenheid in het chromosoom.
Niet-coderende genen
• Ongeveer 44.000 genen coderen niet voor eiwitten, maar voor non-coding RNA (ncRNA)
• Twee hoofdgroepen:
o Housekeeping ncRNA: universeel aanwezig, betrokken bij fundamentele processen zoals
translatie (bv. rRNA, tRNA, snRNA, snoRNA)
o Regulerende ncRNA: betrokken bij regulatie van genexpressie (bv. miRNA)
• Indeling volgens lengte:
o Short ncRNA: <200 nucleotiden
o Long ncRNA: >200 nucleotiden
7
,INTERGENISCH DNA (75% VAN HET GENOOM)
Intergenisch DNA ligt tussen genen in en wordt niet getranscribeerd naar RNA.
Het kan op verschillende manieren worden onderverdeeld:
Unieke of repetitieve sequenties
• Minstens de helft van het intergenische DNA is repetitief
• Repetitieve sequenties kunnen:
o Geclusterd voorkomen (bijvoorbeeld aan centromeren)
o Verspreid liggen over het genoom
Structurele elementen
• Centromeren en telomeren zijn belangrijke sequenties met structurele functies voor
chromosoomstabiliteit
Transposons en evolutionaire restanten
• Transposons zijn "springende genen" die zich kunnen verplaatsen in het genoom
• Deze DNA-elementen zijn vaak overblijfselen uit de evolutie en omvatten:
o Pseudogenen: lijken op functionele genen maar zijn gemuteerd en inactief
▪ Moeilijk te onderscheiden van echte genen bij DNA-analyse → risico op foutieve
resultaten
▪ Voorbeeld: het gen voor vitamine C is bij de mens geïnactiveerd → nood aan inname
via voeding
o Endogene retrovirale sequenties (ERV’s): viraal DNA geïntegreerd in het genoom
▪ Meestal inactief, maar soms functioneel
▪ Syncytin is een voorbeeld van een functioneel retroviraal gen dat codeert voor een
eiwit dat membraanfusie mogelijk maakt bij de vorming van de syncytiotrofoblast in
de placenta
Genoomdatabanken en loci
• Bio-informatische databanken bevatten informatie over:
o De volledige genoomsequentie
o De positie van genen en hun functionele elementen (zoals enhancers)
o Structurele elementen zoals repetitieve sequenties, centromeren en telomeren
• Een locus duidt een specifieke positie of locatie aan in het genoom waar een bepaald gen of DNA-
element zich bevindt.
2. VAN DNA TOT KENMERK
Genomics en de informatiestroom
• Genomics = de studie van het volledige DNA (genoom) van een organisme.
• Transcriptoom: het geheel van alle RNA’s in een cel, weefsel of organisme
→ ontstaat door transcriptie van DNA naar RNA.
• Proteoom: het geheel van alle eiwitten in een cel, weefsel of organisme
→ ontstaat door translatie van mRNA naar eiwitten.
Genen en allelen
• Elk gen komt in twee exemplaren voor = 2 allelen
• Mogelijke combinaties:
o Homozygoot: 2 dezelfde allelen
o Heterozygoot: 2 verschillende allelen
o Hemizygoot: slechts 1 allel (bv. X-gen bij mannen)
▪ Bv. mannen zijn hemizygoot voor X- en Y-chromosomale genen
▪ Kan ook bij deletie van een gen
8
,DNA → mRNA → eiwit → kenmerk
• In de kern wordt DNA afgeschreven tot mRNA
• In het cytoplasma wordt mRNA vertaald tot eiwitten
• Eiwitten bepalen functies van weefsels en organen, wat leidt tot het fenotype
o Genotype: combinatie van allelen
o Fenotype: zichtbaar kenmerk
o Intermediair fenotype: = meetbaar kenmerk dat een tussenstap vormt tussen genotype en
zichtbaar fenotype.
→ Voorbeelden:
▪ Verhoogd chloride in zweet bij mucoviscidose
▪ Verhoogd CK-spierenzym in bloed bij draagsters van Duchenne
Pleiotropie
• Eén gen kan meerdere functies hebben, afhankelijk van:
o Het tijdstip (bv. embryonale fase vs volwassen fase)
o Het weefsel waarin het actief is
• Voorbeeld: Crystallines zijn structurele eiwitten in de ooglens, maar functioneren ook als enzymen
in hersenen of retina.
Effect van allelen op het fenotype
• Dominant: één dominant allel is genoeg om het kenmerk tot uiting te brengen (bv. Bb = bruin haar).
• Recessief: kenmerk komt enkel tot uiting als beide allelen recessief zijn (bv. bb = blond haar).
• Co-dominant: beide allelen zijn even sterk en komen tegelijk tot uiting (bv. bloedgroep AB).
• Niet alle kenmerken zijn puur dominant of recessief. Sommige (bv. lengte, huidskleur) tonen
gradaties tussen extremen → dit noemt men een continuüm.
Vaak spelen hierbij meerdere genen en omgevingsfactoren een rol.
Voorbeeld: bloedgroepen
• Gen met 3 allelen
• Codeert voor een enzym dat specifieke suikers aan de membraan van rode bloedcellen toevoegt
• Fenotype (bloedgroep) is afhankelijk van de combinatie van allelen
→ Allelen A en B dominant ten opzichte van
O. Co-dominant ten opzichte van elkaar
→ Allel O recessief allel ten opzichte van allel
A of B, komt tot expressie wanneer iemand
homozygoot is
Genetische variatie
• Variant: <1% in populatie
• Polymorfisme: >1% in populatie
• Mutatie: mechanisme dat variatie veroorzaakt, vaak met negatief effect
9
, 3. VARIATIE IN HET HUMAAN GENOOM
Algemeen
• Elke persoon heeft twee kopieën van elk gen (één van elke ouder) op de 22 autosomen.
o Vrouwen hebben ook twee X-chromosomen, dus ook 2 kopieën van elk X-gen.
• De nucleotidevolgorde van beide allelen kan:
o Identiek zijn
o Verschillen: dit is genetische variatie
• In een populatie kunnen meer dan twee allelen bestaan voor één gen (al draagt één individu er
maar twee).
• Een variant = gewijzigde DNA-sequentie, ontstaat door mutatie.
• Er bestaat geen absolute 'normale' DNA-sequentie
→ men werkt met een referentiegenoom als standaard.
3.1 LOKALISATIE VAN VARIANTEN IN HET GENOOM
Intragenisch (in of nabij een gen)
• Pathogene varianten (die ziektes veroorzaken) zitten vaak in:
o Exonen (coderende sequenties)
o Intronen dichtbij exonen (belangrijk voor correcte splicing)
• Ongeveer 85% van ziekte-veroorzakende varianten bevinden zich in deze regio’s.
• Daarom is exoomanalyse een efficiënte strategie voor genetische diagnose.
Niet-coderende sequenties
• Ook varianten in:
o 5' en 3' UTR’s
o Diepere introns
o Regulerende regio’s
kunnen functionele gevolgen hebben.
Intergenische sequenties
• Grootste deel van het genoom
• Meeste varianten bevinden zich hier
→ meestal zonder effect, maar soms wel functioneel relevant
3.2 FREQUENTIE IN DE POPULATIE
• Allelfrequentie: hoe vaak een bepaald allel voorkomt in een populatie (uitgedrukt als percentage)
• Genotypefrequentie: hoe vaak een bepaald genotype voorkomt (combinatie van 2 allelen bij een
diploïd organisme)
o Genotype = samenstelling van de twee allelen op één locus
• Minor Allele Frequency (MAF)= frequentie van het minst voorkomende allel in de populatie
Indeling:
o Zeer zeldzaam: MAF < 0,1%
o Zeldzaam: 0,1% ≤ MAF < 1%
o Laagfrequent: 1% ≤ MAF < 5%
o Frequent: MAF ≥ 5%
• Polymorfisme
o = Een variant met een frequentie van ≥1% in de populatie
↔ Een variant met een frequentie van <1% = zeldzame variant of mutatie
10
H1: Inleiding ........................................................................................................................................... 5
1. Chromosomale afwijkingen vs genafwijkingen .................................................................................... 5
2. Indeling volgens overervingspatroon ................................................................................................... 5
3. Constitutioneel vs verworven ............................................................................................................... 5
H2: Het humane genoom: Structuur en variatie....................................................................................... 7
1. Samenstelling van het humane genoom .............................................................................................. 7
Genen (25% van het genoom) ..................................................................................................................... 7
Intergenisch DNA (75% van het genoom) ................................................................................................... 8
2. Van DNA tot Kenmerk ........................................................................................................................... 8
3. Variatie in het humaan genoom ......................................................................................................... 10
3.1 Lokalisatie van varianten in het genoom ........................................................................................ 10
3.2 Frequentie in de populatie .............................................................................................................. 10
3.3 Soorten genetische variatie ............................................................................................................. 11
3.4 Functionele gevolgen ...................................................................................................................... 13
3.5 “Klinisch” gevolg .................................................................................................................................. 14
H3: Genetisch mozaïcisme .................................................................................................................... 15
1. Placentair mozaïcisme (Confined Placental Mosaicism, CPM) ........................................................... 15
2. Gonadaal mozaïcisme (kiemcellijnmozaïcisme) ................................................................................. 15
3. Somatisch mozaïcisme ........................................................................................................................ 16
H4: Ontstaan van genetische variatie .................................................................................................... 17
1. Chromosomaal niveau ........................................................................................................................ 17
2. Afwijkingen op gen-niveau ................................................................................................................. 18
2.1 Mutatie-hotspots ............................................................................................................................ 18
2.2 Paternele herkomst van puntmutaties ............................................................................................ 18
3. Exogene invloeden en het ontstaan van mutaties .............................................................................. 19
3.1 Germinale (constitutionele) mutaties ............................................................................................. 19
3.2 Somatische mutaties ....................................................................................................................... 19
H5: Cytogenetica .................................................................................................................................. 21
1. Classificatie van chromosomale afwijkingen ...................................................................................... 21
2. Cytogenetische technieken ................................................................................................................. 21
2.1 Klassieke karyotypering ................................................................................................................... 21
2.2 FISH – Fluorescentie In Situ Hybridisatie......................................................................................... 22
2.3 Chromosomaal microarray-onderzoek............................................................................................ 23
3. Chromosomale afwijkingen en miskramen ........................................................................................ 23
4. Trisomie 21 – Syndroom van Down .................................................................................................... 25
4.1 Klassieke vrije - Trisomie 21 ............................................................................................................ 25
4.2 Somatisch mozaïcism – Trisomie 21 ................................................................................................ 26
1
, 4.3 Robertsoniaanse translocatie – Trisomie 21 ................................................................................... 27
5. Chromosomale translocaties .............................................................................................................. 28
5.1 Types................................................................................................................................................ 28
5.2 Reciproke translocaties ................................................................................................................... 28
5.3 Niet-reciproke translocatie .............................................................................................................. 29
H6: Mendeliaanse erfelijkheid: Autosomaal dominant en recessief ....................................................... 31
1. Autosomaal dominante overerving .................................................................................................... 31
2. Autosomaal recessieve overerving ..................................................................................................... 32
2.1 Risicoberekening: ............................................................................................................................ 33
2.2 Consanguiniteit (bloedverwantschap) ............................................................................................ 33
2.3 Bijzondere situaties bij autosomaal recessieve aandoeningen....................................................... 34
3. Waarom hebben sommige mutaties een dominant en andere een recessief effect? ........................ 35
3.1 ‘Verlies aan functie’ (Loss-of-function, LOF) varianten ................................................................... 35
3.2 Dominant-negatieve pathogene varianten ..................................................................................... 36
3.3 Gain-of-function (GOF) varianten.................................................................................................... 36
4. Genetische heterogeniteit................................................................................................................... 37
4.1 Allelische heterogeniteit ................................................................................................................. 37
4.2 Locus (niet-allelische) heterogeniteit .............................................................................................. 38
H7: Mendeliaanse overerving: X- en Y-gebonden erfelijkheid ................................................................ 39
1. Vrouwen als “sterker geslacht”........................................................................................................... 39
2. Overervingspatroon van X-gebonden aandoeningen ......................................................................... 40
3. X-inactivatie (Lyonisatie) ..................................................................................................................... 41
4. Fenotypische uitingen bij draagsters van X-gebonden aandoeningen ............................................... 42
4.1 Random X-inactivatie ...................................................................................................................... 43
4.2 Scheve X-inactivatie (“Skewing”) ..................................................................................................... 43
5. Fenotypische manifestaties van X- en Y-chromosomale aneuploidieën ............................................. 44
5.1 Turner syndroom (45,X)................................................................................................................... 44
5.2 Trisomie van geslachtschromosomen: milder fenotype ................................................................. 45
6. Y-gebonden aandoeningen ................................................................................................................. 46
H8: Genetische diagnostiek en monogene aandoeningen ...................................................................... 47
1. Inleiding .............................................................................................................................................. 47
2. Technische aspecten: Variant identificatie .......................................................................................... 48
3. Genetische heterogeniteit................................................................................................................... 49
4. Variant Classificatie: benigne of pathogeen ....................................................................................... 50
4.1 In silico: ............................................................................................................................................ 51
4.2 In vivo .............................................................................................................................................. 53
4.3 In vitro ............................................................................................................................................. 54
5. types genetische diagnostiek .............................................................................................................. 55
5.1 klassieke diagnose ........................................................................................................................... 55
5.2 Predictief genetisch onderzoek ....................................................................................................... 55
5.3 Carriertesting ................................................................................................................................... 55
5.4 Incidentele bevindingen – secundaire varianten ............................................................................ 56
2
, 6. Koppelingonderzoek ........................................................................................................................... 56
6.1 Genetische koppeling & indirecte DNA-diagnostiek ....................................................................... 57
H9: Multifactoriële erfelijkheid ............................................................................................................. 61
1. Inleiding .............................................................................................................................................. 61
2. Continue variabiliteit – Kwantitatieve kenmerken .............................................................................. 61
3. Discontinue variabelen – Kwalitatieve kenmerken ............................................................................. 62
3.1 Beschrijving: Drempelmodel ........................................................................................................... 62
3.2 Erfelijkheidsrisico’s: Hoe hoog is de kans bij familieleden? ............................................................ 63
4. Nature & Nurture: Genen of omgeving? ............................................................................................ 64
4.1 Adoptiestudies ................................................................................................................................ 64
4.2 Tweelingstudies ............................................................................................................................... 65
4.3 Heritabiliteit: genen en omgeving ................................................................................................... 66
5. Omgevingsfactoren & lifestyle bij multifactoriële aandoeningen ...................................................... 66
6. Genetische associatie bij multifactoriële aandoeningen .................................................................... 67
6.1 Kandidaat-gen studie: MTHFR-gen en NBD..................................................................................... 67
6.2 Genoom-wijde associatiestudies (GWAS) ....................................................................................... 68
7. Associatie ≠ Causaliteit ....................................................................................................................... 68
H10: Klinische utiliteit van genetische testen voor multifactoriële aandoeninge .................................... 71
1. Beperkingen van het multifactoriële model in genetische diagnostiek .............................................. 71
2. Variant frequentie / effect grootte model .......................................................................................... 72
3. Vergelijking: Monogeen vs. Multifactorieel ........................................................................................ 72
3.1 Polygene risicoscores (PRS) ............................................................................................................. 73
H11: Evolutionaire geneeskunde ........................................................................................................... 75
1. "Genes mirror geography" .................................................................................................................. 75
2. Niet-adaptieve evolutie ....................................................................................................................... 75
3. Adaptieve evolutie .............................................................................................................................. 76
4. Seksuele selectie ................................................................................................................................. 78
5. Mismatch tussen evolutie en moderne tijd......................................................................................... 78
6. Evolutionaire geneeskunde & genomics medicine ............................................................................. 79
H11: Kanker is een genetische aandoening ............................................................................................ 81
1. Proto-oncogenen ................................................................................................................................ 81
2. Tumor-suppressor genen .................................................................................................................... 83
3. DNA-repair genen ............................................................................................................................... 84
H13: Onstabiele tandem repeats ........................................................................................................... 87
1. Pathogenese van repeat-aandoeningen............................................................................................. 88
2. Verschil in instabiliteit tussen moederlijke en vaderlijke overerving .................................................. 88
3. Hoe ontstaat de overgang van een normaal allel naar een onstabiel allel? ...................................... 89
3
,H14: Genomische imprinting & epigenetica ........................................................................................... 91
1. Genomische imprinting ....................................................................................................................... 91
1.1 Experimentele evidentie ................................................................................................................. 91
1.2 Mechanisme van imprinting............................................................................................................ 92
1.3 Prader-Willi syndroom (PWS) .......................................................................................................... 93
2. Epigenetica ......................................................................................................................................... 94
2.1 Overerving van verworven kenmerken ........................................................................................... 94
2.2 Intergenerationele effecten: de hongerwinter (Nederland, 1944–1945) ....................................... 95
2.3 Transgenerationele effecten ............................................................................................................ 95
H15: Mitochondriële ergelijkheid .......................................................................................................... 97
H16: Prenatale diagnose ....................................................................................................................... 99
1. Echografie ........................................................................................................................................... 99
2. Preimplantatie genetische testing (PGT) ............................................................................................ 99
3. Niet-invasieve prenatale testing (NIPT) ............................................................................................ 100
3.1 Technische aspecten van NIPT bij aneuploidie-screening............................................................. 100
3.2 Betrouwbaarheid van NIPT ........................................................................................................... 101
3. Chorionbiopsie/ vlokkentest (CVS) .................................................................................................... 102
4. Vruchtwaterpunctie (amniocentese) ................................................................................................ 102
5. Foetale bloedanalyse ........................................................................................................................ 103
6. Keuze van onderzoekstype ................................................................................................................ 103
H17: Teratogeen ................................................................................................................................. 105
1. Tijdstip van blootstelling ................................................................................................................... 105
2. Dosis .................................................................................................................................................. 106
3. Individuele verschillen in vatbaarheid voor teratogenen ................................................................. 107
4. Teratogene werkingsmechanismen .................................................................................................. 108
Praktische voorbeelden van genetisch onderzoek bij frequente aandoeningen .................................... 111
1. Chromosomenonderzoek bij aangeboren afwijkingen of verstandelijke beperking .................... 111
2. Verloskunde en gynaecologie........................................................................................................ 111
Frequente genetische aandoeningen ................................................................................................... 112
4
,H1: INLEIDING
1. CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN VS GENAFWIJKINGEN
• Vroeger:
o Chromosomenonderzoek = cytogenetisch onderzoek
o DNA-onderzoek = moleculair onderzoek
• Nu:
o Beide technieken kunnen zowel chromosomale als genafwijkingen detecteren
• Belangrijk onderscheid blijft:
o Chromosomale afwijkingen kunnen bijzondere overerving hebben (bv. translocaties) of
specifieke syndromen veroorzaken (bv. trisomieën)
2. INDELING VOLGENS OVERERVINGSPATROON
Mendeliaans (monogeen):
• Door één gen veroorzaakt
• Volgt Mendeliaanse wetten:
o Autosomaal dominant
o Autosomaal recessief
o X-gebonden (meestal recessief, soms dominant)
Polygene en multifactoriële overerving:
• Oligogeen = enkele genen, polygeen = meerdere genen
• Elk gen afzonderlijk → Mendeliaanse wetten
• Fenotype complexer: beïnvloed door omgeving en levensstijl
Niet-Mendeliaans / niet-traditioneel:
• Niet verklaarbaar via klassieke wetten
Voorbeelden:
o Mozaïcisme (zeldzaam, behalve bij kanker) (H3)
o Genomische imprinting, epigenetica (H14)
o Uniparentale disomie (zeer zeldzaam)
o Mitochondriële overerving (H15)
o Instabiele trinucleotide repeats (H13)
3. CONSTITUTIONEEL VS VERWORVEN
• Constitutioneel (germline):
o Aanwezig vanaf de bevruchting → in alle lichaamscellen
• Verworven (somatisch):
o Ontstaat na bevruchting (postzygotisch)
o Komt slechts in een deel van de cellen voor (mozaïcisme)
o Vaakste oorzaak: kanker
Genetische raadpleging – aandachtspunten
• Stamboom van de familie
• Miskramen in familie
• Consanguiniteit (bloedverwantschap) tussen ouders
• Manier van zwangerschap (natuurlijk of via vruchtbaarheidsbehandeling)
• Geografische afstamming
• Aanduiding van familieleden met medische problemen
• Reden van verwijzing en specifieke vraagstelling
5
,Klinische genetica = medische specialiteit
• Cel biologie
o DNA: structuur en functie
o Synthese, transcriptie, translatie, mitose, meiose
• Humane genetica
o Samenstelling humaan genoom
o Genetische variatie
o Populatie genetica
o Overerving kenmerken
• Medische genetica
o Genetische aandoeningen
▪ Oorzaken
▪ Overerving
▪ Genetische diagnostiek
• Klinisch
• Laboratorium
▪ Genetische raadpleging
6
,H2: HET HUMANE GENOOM: STRUCTUUR EN VARIATIE
1. SAMENSTELLING VAN HET HUMANE GENOOM
Het humaan genoom omvat al het DNA in bijna alle lichaamscellen. Elke cel bevat:
• Kern-DNA (lineair)
• Mitochondriaal DNA (klein, circulair)
Het haploïde genoom bestaat uit gemiddeld 3,05 miljard basenparen → In diploïde cellen: ongeveer 6
miljard basenparen
Er zit ongeveer 6 μg DNA per cel, wat neerkomt op ongeveer 180 g DNA per persoon.
Chromosomale organisatie
• Het menselijk genoom is verdeeld over 24 chromosomen:
o 22 autosomen
o 2 geslachtschromosomen (X en Y)
• Mitochondriaal DNA bevindt zich buiten de kern en is circulair. Het wordt uitsluitend via de moeder
overgeërfd.
Het genoom wordt grofweg opgedeeld in:
• 25% genen
o Coderende genen
o Niet-coderende genen
o Exoom = 1%
• 75% intergenisch DNA
GENEN (25% VAN HET GENOOM)
Coderende genen
• Ongeveer 200.00 genen coderen voor eiwitten
• Deze genen leveren samen 86.245 transcripten, gemiddeld 4 per gen.
o 1 gen meerdere eiwitten door:
▪ Alternatieve splicing
▪ Alternatieve promotor
▪ Post-translationele translaties
• Een eiwitcoderend gen bevat:
o Exons: coderende stukken (~1% van het genoom; vormt het exoom)
o Introns
o UTR's (niet-vertaalde regio’s)
o Regulerende sequenties, zoals enhancers
→ Deze kunnen op grote afstand van het gen liggen (soms >1 miljoen basenparen)
Een gen als functionele eenheid komt dus niet noodzakelijk overeen met een duidelijk afgebakende
structurele eenheid in het chromosoom.
Niet-coderende genen
• Ongeveer 44.000 genen coderen niet voor eiwitten, maar voor non-coding RNA (ncRNA)
• Twee hoofdgroepen:
o Housekeeping ncRNA: universeel aanwezig, betrokken bij fundamentele processen zoals
translatie (bv. rRNA, tRNA, snRNA, snoRNA)
o Regulerende ncRNA: betrokken bij regulatie van genexpressie (bv. miRNA)
• Indeling volgens lengte:
o Short ncRNA: <200 nucleotiden
o Long ncRNA: >200 nucleotiden
7
,INTERGENISCH DNA (75% VAN HET GENOOM)
Intergenisch DNA ligt tussen genen in en wordt niet getranscribeerd naar RNA.
Het kan op verschillende manieren worden onderverdeeld:
Unieke of repetitieve sequenties
• Minstens de helft van het intergenische DNA is repetitief
• Repetitieve sequenties kunnen:
o Geclusterd voorkomen (bijvoorbeeld aan centromeren)
o Verspreid liggen over het genoom
Structurele elementen
• Centromeren en telomeren zijn belangrijke sequenties met structurele functies voor
chromosoomstabiliteit
Transposons en evolutionaire restanten
• Transposons zijn "springende genen" die zich kunnen verplaatsen in het genoom
• Deze DNA-elementen zijn vaak overblijfselen uit de evolutie en omvatten:
o Pseudogenen: lijken op functionele genen maar zijn gemuteerd en inactief
▪ Moeilijk te onderscheiden van echte genen bij DNA-analyse → risico op foutieve
resultaten
▪ Voorbeeld: het gen voor vitamine C is bij de mens geïnactiveerd → nood aan inname
via voeding
o Endogene retrovirale sequenties (ERV’s): viraal DNA geïntegreerd in het genoom
▪ Meestal inactief, maar soms functioneel
▪ Syncytin is een voorbeeld van een functioneel retroviraal gen dat codeert voor een
eiwit dat membraanfusie mogelijk maakt bij de vorming van de syncytiotrofoblast in
de placenta
Genoomdatabanken en loci
• Bio-informatische databanken bevatten informatie over:
o De volledige genoomsequentie
o De positie van genen en hun functionele elementen (zoals enhancers)
o Structurele elementen zoals repetitieve sequenties, centromeren en telomeren
• Een locus duidt een specifieke positie of locatie aan in het genoom waar een bepaald gen of DNA-
element zich bevindt.
2. VAN DNA TOT KENMERK
Genomics en de informatiestroom
• Genomics = de studie van het volledige DNA (genoom) van een organisme.
• Transcriptoom: het geheel van alle RNA’s in een cel, weefsel of organisme
→ ontstaat door transcriptie van DNA naar RNA.
• Proteoom: het geheel van alle eiwitten in een cel, weefsel of organisme
→ ontstaat door translatie van mRNA naar eiwitten.
Genen en allelen
• Elk gen komt in twee exemplaren voor = 2 allelen
• Mogelijke combinaties:
o Homozygoot: 2 dezelfde allelen
o Heterozygoot: 2 verschillende allelen
o Hemizygoot: slechts 1 allel (bv. X-gen bij mannen)
▪ Bv. mannen zijn hemizygoot voor X- en Y-chromosomale genen
▪ Kan ook bij deletie van een gen
8
,DNA → mRNA → eiwit → kenmerk
• In de kern wordt DNA afgeschreven tot mRNA
• In het cytoplasma wordt mRNA vertaald tot eiwitten
• Eiwitten bepalen functies van weefsels en organen, wat leidt tot het fenotype
o Genotype: combinatie van allelen
o Fenotype: zichtbaar kenmerk
o Intermediair fenotype: = meetbaar kenmerk dat een tussenstap vormt tussen genotype en
zichtbaar fenotype.
→ Voorbeelden:
▪ Verhoogd chloride in zweet bij mucoviscidose
▪ Verhoogd CK-spierenzym in bloed bij draagsters van Duchenne
Pleiotropie
• Eén gen kan meerdere functies hebben, afhankelijk van:
o Het tijdstip (bv. embryonale fase vs volwassen fase)
o Het weefsel waarin het actief is
• Voorbeeld: Crystallines zijn structurele eiwitten in de ooglens, maar functioneren ook als enzymen
in hersenen of retina.
Effect van allelen op het fenotype
• Dominant: één dominant allel is genoeg om het kenmerk tot uiting te brengen (bv. Bb = bruin haar).
• Recessief: kenmerk komt enkel tot uiting als beide allelen recessief zijn (bv. bb = blond haar).
• Co-dominant: beide allelen zijn even sterk en komen tegelijk tot uiting (bv. bloedgroep AB).
• Niet alle kenmerken zijn puur dominant of recessief. Sommige (bv. lengte, huidskleur) tonen
gradaties tussen extremen → dit noemt men een continuüm.
Vaak spelen hierbij meerdere genen en omgevingsfactoren een rol.
Voorbeeld: bloedgroepen
• Gen met 3 allelen
• Codeert voor een enzym dat specifieke suikers aan de membraan van rode bloedcellen toevoegt
• Fenotype (bloedgroep) is afhankelijk van de combinatie van allelen
→ Allelen A en B dominant ten opzichte van
O. Co-dominant ten opzichte van elkaar
→ Allel O recessief allel ten opzichte van allel
A of B, komt tot expressie wanneer iemand
homozygoot is
Genetische variatie
• Variant: <1% in populatie
• Polymorfisme: >1% in populatie
• Mutatie: mechanisme dat variatie veroorzaakt, vaak met negatief effect
9
, 3. VARIATIE IN HET HUMAAN GENOOM
Algemeen
• Elke persoon heeft twee kopieën van elk gen (één van elke ouder) op de 22 autosomen.
o Vrouwen hebben ook twee X-chromosomen, dus ook 2 kopieën van elk X-gen.
• De nucleotidevolgorde van beide allelen kan:
o Identiek zijn
o Verschillen: dit is genetische variatie
• In een populatie kunnen meer dan twee allelen bestaan voor één gen (al draagt één individu er
maar twee).
• Een variant = gewijzigde DNA-sequentie, ontstaat door mutatie.
• Er bestaat geen absolute 'normale' DNA-sequentie
→ men werkt met een referentiegenoom als standaard.
3.1 LOKALISATIE VAN VARIANTEN IN HET GENOOM
Intragenisch (in of nabij een gen)
• Pathogene varianten (die ziektes veroorzaken) zitten vaak in:
o Exonen (coderende sequenties)
o Intronen dichtbij exonen (belangrijk voor correcte splicing)
• Ongeveer 85% van ziekte-veroorzakende varianten bevinden zich in deze regio’s.
• Daarom is exoomanalyse een efficiënte strategie voor genetische diagnose.
Niet-coderende sequenties
• Ook varianten in:
o 5' en 3' UTR’s
o Diepere introns
o Regulerende regio’s
kunnen functionele gevolgen hebben.
Intergenische sequenties
• Grootste deel van het genoom
• Meeste varianten bevinden zich hier
→ meestal zonder effect, maar soms wel functioneel relevant
3.2 FREQUENTIE IN DE POPULATIE
• Allelfrequentie: hoe vaak een bepaald allel voorkomt in een populatie (uitgedrukt als percentage)
• Genotypefrequentie: hoe vaak een bepaald genotype voorkomt (combinatie van 2 allelen bij een
diploïd organisme)
o Genotype = samenstelling van de twee allelen op één locus
• Minor Allele Frequency (MAF)= frequentie van het minst voorkomende allel in de populatie
Indeling:
o Zeer zeldzaam: MAF < 0,1%
o Zeldzaam: 0,1% ≤ MAF < 1%
o Laagfrequent: 1% ≤ MAF < 5%
o Frequent: MAF ≥ 5%
• Polymorfisme
o = Een variant met een frequentie van ≥1% in de populatie
↔ Een variant met een frequentie van <1% = zeldzame variant of mutatie
10
